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新聞網(wǎng)訊 近日，我校物理科學學院李洪森教授課題組在揭示弱酸性水系鋅離子電池體系的電化學儲能機制研究方面取得重要進展。相關原創(chuàng)性研究成果以“Revealing the Dominance of the Dissolution-Deposition Mechanism in Aqueous Zn-MnO₂Batteries”為題在國際頂級學術期刊《Angewandte Chemie International Edition》（《德國應用化學》）在線發(fā)表，論文通訊作者有李洪森教授、美國德克薩斯大學奧斯汀分校余桂華教授以及南京大學丁煜教授，我校為第一通訊單位。

化石燃料的日益枯竭及其對環(huán)境的負面影響促使著人們對高性能、安全、環(huán)保的儲能系統(tǒng)的開發(fā)。而水系鋅離子電池采用廉價、不易燃的水溶液為電解質(zhì)，在穩(wěn)定性、成本和安全性方面具有明顯優(yōu)勢，被認為是最具吸引力的可再生能源高效電網(wǎng)存儲的候選者之一。然而，作為最具研究價值的水系鋅離子電池體系，盡管近年來Zn-MnO₂電池的電化學性能取得了顯著進展，但其在弱酸性水系電解質(zhì)中的儲能機制仍存在爭議。

為了進一步揭示Zn-MnO₂電池在弱酸性電解質(zhì)中的儲能機理，這項工作通過耦合傳統(tǒng)扣式電池和定制的燒杯電池，開發(fā)了一種新的方法，以精確識別Zn-MnO₂電池的儲能機制。該方法直觀地模擬了不同場景下電池的運行狀態(tài)，可以全面研究弱酸性條件下Zn-MnO₂電池的運行機理（如上圖所示）。實驗結(jié)果表明，控制Mn²⁺在電解液中的加入可以調(diào)節(jié)電池的電化學性能。同時，利用該方法能夠系統(tǒng)地排除Zn²⁺和/或H⁺嵌入/脫出反應的可能性，從而確認了MnO₂/Mn²⁺溶解-沉積機制的主導地位。此外，結(jié)合一系列的相和光譜表征，該工作還探討了電池循環(huán)過程中電極和電解質(zhì)的組成、形態(tài)和結(jié)構(gòu)演變，闡明了Zn-MnO₂電池在弱酸性電解質(zhì)中的儲能化學特性。該方法亦可以推廣到其他儲能系統(tǒng)，為準確識別水系鋁離子電池的儲能機理提供一種通用的方法。

論文鏈接：https://doi.org/10.1002/anie.202318444